- 示波管的构造及其工作原理
- 共89题
如图1所示是示波管的原理图，它由电子枪、荧光屏和两对相互垂直的偏转电极XX'、YY'组成。偏转电极的极板都是边长为l的正方形金属板，每对电极的两个极板间距都为d。电极YY'的右端与荧光屏之间的距离为L。这些部件处在同一个真空管中。电子枪中的金属丝加热后可以逸出电子，电子经加速电极间电场加速后进入偏转电极间，两对偏转电极分别使电子在两个相互垂直的方向发生偏转。荧光屏上有xoy直角坐标系，x轴与电极XX'的金属板垂直（其正方向由X'指向X），y轴与电极YY'的金属板垂直（其正方向由Y'指向Y）。已知电子的电量为e，质量为m。可忽略电子刚离开金属丝时的速度，并不计电子之间相互作用力及电子所受重力的影响。
（1）若加速电极的电压为U0，两个偏转电极都不加电压时，电子束将沿直线运动，且电子运动的轨迹平行每块金属板，并最终打在xoy坐标系的坐标原点。求电子到达坐标原点前瞬间速度的大小；
（2）若再在偏转电极YY'之间加恒定电压U1，而偏转电极XX'之间不加电压，求电子打在荧光屏上的位置与坐标原点之间的距离；
（3）①若偏转电极XX'之间的电压变化规律如图2所示，YY之间的电压变化规律如图3所示。由于电子的速度较大，它们都能从偏转极板右端穿出极板，且此过程中可认为偏转极板间的电压不变。请在图4中定性画出在荧光屏上看到的图形；
②要增大屏幕上图形在y方向的峰值，若只改变加速电极的电压U0、YY'之间电压的峰值Uy、电极XX'之间电压的峰值Ux三个量中的一个，请说出如何改变这个物理量才能达到目的。
正确答案
解：（1）电子出加速电场后做匀速直线运动，设速度为
解得：
（2）设电子在偏转电极
沿平行电场方向电子做初速度为0的匀加速直线运动，则：
此过程中电子的加速度大小
电子在y方向的速度
电子在偏转电场外做匀速直线运动，设经时间
电子打在荧光屏上的位置与坐标原点之间的距离
解得：
（3）①
②减小
图1为示波器面板，图2为一信号源．
（1）若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的______接线柱相连，b端与______接线柱相连．
（2）若示波器所显示的输入波形如图3所示，要将波形上移，应调节面板上的______旋钮；要使此波形横向展宽，应调节______旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节______旋钮．
正确答案
（1）根据示波器的操作原理，若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的 Y接线柱相连，b端与地接线柱相连．
（2）若要将图3中的波形曲线调至屏中央，应调节竖直位移旋钮，即6好旋钮，即↓↑；
若要使此波形横向展宽，应调节x增益旋；
要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节扫描微调旋钮．
故答案为：（1）γ输入，地
（2）6（填写↓↑的也可以），X增益，扫描范围和扫描微调．
现代科学实验中常用的一种电子仪器叫示波器，它的核心部件是示波管，其工作原理如图所示，电量大小为e的电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转电场中，入射方向跟极板平行，偏转电场的极板间距离为d，板长为L，整个装置处在真空中，电子重力可忽略，电子能射出平行板区。
（1）偏转电场中，若单位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的灵敏度，请通过计算说明提高示波管的灵敏度的办法；
（2）求电子离开偏转电场时的动能大小。
正确答案
解：（1）在加速电场中：eU1=
在偏转电场中，运动时间为t
L=vt ②
y=
由上三式，得灵敏度η=
方法：增大L、减小U1、减小d ④
（2）法一：
由动能定理，得eU1+
将②③式代入⑤，得Ek=eU1+
法二：
出电场时的水平速度vx=v0
竖直速度vy=at=
出电场时动能大小Ek=
如图所示的示波管，电子由阴极发射后，经电子枪加速水平飞入偏转电场，最后打在荧光屏上，已知加速电压为U1，偏转电压为U2，两偏转极板间距为d，板长为L1，从偏转极板右端到荧光屏的距离为L2，求：
(1)电子经加速电场加速后的速度v0
(2)电子从偏转电场射出时垂直速度vy
(3)电子从偏转电场射出时垂直偏移量y
(4)电子打在荧光屏上的偏距OP．
正确答案
解析：设电子的质量为m，电量为q
（1）由动能定理：
(2)电子在偏转电场中的运动时间
电子在偏转电场中的加速度
电子射出偏转电场时的垂直速度
(3)电子射出偏转电场时偏移量
(4)由几何关系得电子打在荧光屏的偏距OP
如图所示是一个示波管工作原理图，电子经电压U1=4.5×103V加速后以速度V0垂直等间距的进入电压U2=180V，间距为d=1.0cm，板长l=5cm的平行金属板组成的偏转电场，离开电场后打在距离偏转电场s=10cm的屏幕上的P点，（e=1.6×10-19C，m=9.0×10-31kg）
求：
（1）电子进入偏转电场时的速度V0=？
（2）射出偏转电场时速度的偏角tanθ=？
（3）打在屏幕上的侧移位移OP=？
正确答案
（1）设电子经加速电场U1加速后以速度v0进入偏转电场，由动能定理有
qU1=
则有：v0=
故电子进入偏转电场的速度v0=4×107m/s；
（2）进入偏转电场后在电场线方向有，a=
经时间t1飞出电场有t1=
电场方向的速度vy=at1=
设射出偏转电场时速度的偏角为θ，则tanθ=
（3）飞出电场时偏转量为y1=
由以上各式得y1=
设电子从偏转场穿出时，沿y方向的速度为vy，穿出后到达屏S所经历的时间为t2，
在此时间内电子在y方向移动的距离为y2，有：vy=at1
t2=
y2=vyt2
由以上各式得
y2=
故电子到达屏S上时，它离O点的距离：y=y1+y2=
答：（1）电子进入偏转电场时的速度4×107m/s；
（2）射出偏转电场时速度的偏角tanθ=
（3）打在屏幕上的侧移位移OP=0.75cm．
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